CN1973502A - 具有并行传输的无线电网络和在无线电网络中转发信号的方法 - Google Patents

Abstract

无线电网络的子网是以不同的扰码来区分的。信令帧包括涉及用于邻近的或第二子网的扩展码的信息，邻近的或第二子网也因此能被预留而用于第一子网中的多中继段连接。所以，在最简易的情况下转发设备仅仅需要将数据流的扰码改变为后面的子网的扰码，并能保持相同的扩展码。

Description

具有并行传输的无线电网络和在无线电网络中转发信号的方法

本发明涉及使用无线电作为其载体或物理层的通信(电话或电脑)网络。这一类网络被组织成或者是分散式的或者是子网方式的，诸如集群、微微网或单元。为了统一本发明中的描述，以下都采用术语“子网”。子网涉及单台设备和围绕此设备的第一个无线电中继段(hop)，即在无线电中继段中设备或者是发送器或者是接收器，例如在分散式网络的情况下，或在蜂窝式或基于集群网络情况下的一组设备。相邻子网(或在分散式网络情况中的中继段)就它们的扰码来说是互不相同的。现今通信网络在它们提供的服务数量和覆盖面积两方面得到扩展。在扩展网络中同样的扰码可用于两个子网，为了无线介质的有效的空间重复使用，它们被配置为彼此间隔开。

子网由一组设备构成，诸如终端、节点、订户或共享相同介质(即同一个网络)的站。例如，在遵从GSM标准(全球移动通信系统)或UMTS(通用移动通信业务系统)标准之一的蜂窝式无线电系统中，被称为基站的中央单元控制了网络资源的分配。这个基站在基础结构中在其范围内管理网络。

本发明特别涉及到电话网络，在此，某些设备作为控制一个子网的基站，而其他的设备被指定给子网并因此指定给基站。同一个子网的两台设备用以下方式通信：

-直接以ad-hoc方式或者通知或者不通知基站或接入点，或

-借助于基站或接入点的基础结构方式。

在两个相邻子网交集里的设备能够在两个子网的每一个中进行通信，即该设备知道两个子网的每一个的扰码并且在每一个子网中都有一个地址。这个设备叫作转发节点、桥接或网关，并且可把位于一个子网中的设备所发送的数据中继到相邻子网的设备上。因此能实现多中继段的连接，此处源设备属于与目标设备的子网不同的子网。目标子网既可以是一个相邻子网也可以是几个子网相隔离开的一个子网。由于网络将那些子网互连，转发特性允许网络中属于不同子网的任何两台设备之间通信。为此，转发器必须能参与到两个子网中，并且同样地以能中继传输到相邻子网的这样一种方法来处理数据流。

本发明特别涉及ad-hoc无线电网络。在一个ad-hoc网络中，设备访问介质和后来退出导致适量的参与设备及时变化。一个用于无线局域网(WLAN)的已知ad-hoc系统采用IEEE 802.11标准协议，以用于MAC(介质访问控制)的CSMA/CA(带防碰撞的载波检测多址)和DSSS(直接序列扩展频谱)作为扩展频谱。

特别是，本发明涉及基于CDMA(码分多址)的ad-hoc网络。在基于CDMA的网络中，扩展码用于在临时分配的带宽或代码信道上分配设备的数据流的码元或码片。一个子网的若干设备可以使用同一个信道，即同一个频率或频带。所以，一个信道或副载波包括来自不同源的信息。根据在连接开始时所协商的扩展码，接收设备能够选择对其有意义的信息。

本发明还涉及使用蓝牙标准802.15的无线电网络，以FHSS(跳频扩展频谱)作为扩展频谱和包含称之为“微微网”的子网。

一般而言，本发明涉及任何使用扩展频谱技术来分离并行传输的无线电网络。

本发明的目的是在无线电网络中转发信号，所述无线电的网络具有使用扩展频谱的并行传输。

借助于一种无线电网络来达到此目的，所述无线电网络由多个设备构成，这些设备至少被分组为两个子网，其中子网包括至少单个设备并且相邻子网采用不同扰码，并且其中源设备具有一个传输范围和经由一个以上的无线电中继段发送源信号到目标设备，所述目标设备不在所述源设备的接收范围内，并因此不能直接接收到源信号，并且其中产生了一种并行传输，其中：

-一个无线电网络的设备起转发设备的作用，所述转发设备能够在源设备的子网以及相邻子网中通信，因为它知道这两个子网的扩展码；

-转发设备接收由源设备发送的源信号，意识到它本身不是所预期的接收器，把接收到的信号的扰码处理为相邻子网的扰码，并转发或中继被处理的信号到相邻子网。

源设备可以是原本就产生信号的设备，或者是本身当作转发设备的其他设备。该被处理的信号既可以直接到达目标设备，如果此设备在转发设备的传输范围内，又可被另一个转发设备所转发。因此多中继段的传输得以实现，在这里一个中继段意味着进入另一个子网，例如通过采用该子网的扰码。

如果目标设备不在源设备的传输范围内，则需要有一个以上的无线电中继段。

对并行传输采用扩展频谱技术是有利的，并行传输选自于由FHSS、DSSS、MC-CDMA、PPM(脉冲定位调制)和UWB组成的组。

根据两个可选择的方法，转发设备：

-在相邻子网中预留那些资源，即信道，在其上它接收源信号，以便在同样的资源-即信道-上传输被处理的信号，或

-在相邻子网中选择和预留有别于在源子网所用的那些资源的另外的资源-即信道。

资源(即分别为信道或代码信道)可以包括M副载波和K扩展码。如果转发设备发现它们是空闲的，则为被处理的信号保持同样的资源。如果副载波或扩展码中至少有一个不闲置或者它们不适合，例如若存在扰动或干扰，则使用别的副载波和/或扩展码来传输被处理的信号。

根据一个实施例，转发设备为并行传输使用与源设备所用的相同数目的信道和代码信道。在这种情况下解码和编码能用一个简易的方法来实现。代码信道是一个扩展码和一个频率信道(载波或副载波)的组合。在本文中，措词信道包含措词代码信道，其对应于副载波序列。

在多载波系统的情况下，一个频率信道被划分成副载波，以致在被分配的载波里还能分配副载波。因此，代码信道涉及载波频率、扩展码、在用作一个传输信道的载波(信道)中副载波的数目和/或位置。

为当前转发而参与到网络中的设备被称为源设备、转发器和目标设备。如果它们使用自适应的介质访问控制协议(MAC)会是有利的，因为即使在相邻的子网中用于源信号传送的那些资源被占据或不适合时也可以为传输分配资源。该自适应的介质访问协议可以使用一个二进制序列来为传输分配资源，其中1位对应于1个代码信道，而总位数对应于代码信道的总数目，并且“1”意味着一个有效的代码信道，而“0”意味着一个无效的代码信道，即被占据或者不适合。

根据一个优选的实施例，参与的设备使用请求式机制，例如请求发送/清除发送机制来协商和预留资源，即带宽。

无线电网络例如可以从包括WLAN、WPAN和UMTS的组中选择。

例如可以从以下组选择设备，该组包括：蜂窝电话、个人电脑、膝上型电脑、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、诸如磁带录像机(VCR)及电视(TV)或摄像机的消费者电子设备、和诸如硬盘及打印机的外围设备、基站或接入点。

通过一种在由设备构成的无线电网络中转发信号的方法同样可达到以上目的，设备被分组为至少两个子网，其中子网包括至少单个设备以及相邻子网采用不同扰码，其中源设备具有一个传输范围和使用部分网络资源经由一个以上的无线电中继段发送源信号至目标设备，例如因为目标设备不在源设备的传输范围内，并因此不能直接接收到源信号，和其中任何形式的扩展频谱被用于分离并行传输，该方法包括下列步骤：

-通过使用其所属子网的扰码，源设备在一个所选的代码信道或所选的多个代码信道上发送信号；

-位于源站子网与至少一个相邻子网的交集中的转发设备，该转发设备能在这两个子网中通信，因为它知道所用的两个扰码，所述转发设备接收源信号，意识到它本身不是预期的设备，处理信号以使其适应于相邻子网的扰码，并转发或中继该被处理的信号到相邻子网。

通过应用这个方法，信号能在无线电网络中从一个子网被转发到另一个子网，而不需要基站基础结构。转发设备检查所接收的信号的目标地址并与它自己的相比较。如果它们不同，转发设备解扰该信号以恢复原始位序列或者原始码片，然后利用相邻子网的扰码再次对纯信号加扰，以便将其发送到该子网。

如若用于并行传输的扩展频谱选自于由FHSS、DSSS、MC-CDMA、PPM和UWB组成的组，会是有利的。

转发设备确定源设备的代码信道以及相邻子网中的信道状态。相邻子网中的传输有两种可能性：该转发设备或者

-在相邻子网中预留那些被用于接收源设备的源信号的代码信道，以便在同一的代码信道上传输被处理的信号或者

-在相邻子网中选择和预留有别于在第一个子网那些信道的其它信道。

在源设备、转发设备和目标设备之间的协商可以基于请求式机制，例如请求发送/清除发送机制，在那里数据包至少包含关于源地址、预期的目标地址和建议使用信道的信息。

根据优选的实施例，转发设备的清除发送(Clear-to-Send)无线电信号在第二个子网中也是听得见的，并且包括涉及或许可用于该传输的那些信道的信息，而最先听到清除发送信号的第二个子网中的设备将不在该清除发送信号所预留的代码信道上进行传输。所预留的信道可以一直空闲着直到传输真正开始，如同能够由每台监听介质的设备决定使用哪个信道一样。

借助于第一子网和相邻子网交集中的设备也可以达到目的，该设备能够将源于第一子网的信号转发或者中继到相邻子网，由此在两个子网中使用不同的扰码，该设备包括：

-用于接收无线电源信号的装置；

-用于对接收到的无线电信号进行解码以便恢复数据频谱的装置，其中用扩展码来分离无线电信号；

-为了获得宽的带宽借助于扩展码来对数据频谱进行编码的装置；

-依照所用的扰码对所接收的信号进行处理的装置，和

-用于发送被处理信号的装置。

用来接收无线电信号的装置可以是天线，它被连接以适应滤波器。通过使用源子网的扰码来对该装置所产生的数据流进行解扰，以便恢复原始码片。然后使用相邻子网的扰码来加扰所述原始信号。用于发送被处理的信号的装置可以是天线。

如果使用扩展码来实现并行传输，则转发设备有利地包括：

-对接收的无线电信号进行解码以便恢复数据频谱的装置，其中用扩展码来分离无线电信号，和

-为了达到宽的带宽借助于扩展码对数据频谱进行编码的装置。

鉴于子网以不同的扰码相互分离，而自适应的介质访问控制(MAC)协议对传输分配某组副载波和扩展码，中继功能的执行是以非常有效的方式来实现的。

子网以不同的扰码来分离。诸如CTS信号的信令帧包括涉及在第二子网上用的扩展码的信息，其因此同样能被预留给第一子网中的多中继段连接。转发器只需要将数据流的扰码改变为后面的子网的扰码，但是能保持相同的扩展码。

下面，将参阅附图进一步详述本发明，其中：

图1表示示意的多中继段网络，具有3个子网，控制器和集中式通信；

图2表示示意的多中继段网络，具有3个子网，控制器和分散的或直接的通信；

图3表示示意的多中继段网络，具有3个子网，没有控制器和分散的或直接的通信；

图4表示示意的分散式网络，具有3个中继段/“子网”没有控制器和分散的或直接的通信；

图5表示扩展码保持相同的转发过程的时序图和

图6表示扩展码被改变的转发过程的时序图。

图1表示有3个子网和中央控制器的示意的多中继段网络。一个控制器在一个子网中协调集中式通信。对共享子网1的设备分配扰码1。类似地，对共享子网2的设备分配扰码2。被安排于子网1和子网2交集中的设备2能在子网1和2两个子网中收发并充当转发器。在这个例子中，设备1开始一个传输，其数据被扰码1和扩展码1调制。虽然设备1和2两者在彼此的范围内分别传输和接收，但设备1首先发送数据到控制器1，控制器1然后中继数据流到设备2，在这种情况下，其充当转发器。在证实扩展码1在相邻子网2中未被占用之后，设备2仅仅把扰码改变为相邻子网2的扰码，并且转发数据到控制器2。在子网2中控制器再次从设备2到设备3中继数据流，设备2和3在相互传输和接收的范围内。最终，设备3转发数据流到控制器3，控制器3将其中继到目标设备4。

图2表示示意的带3个子网的多中继段网络，有控制器和分散的或直接的通信。在彼此的传输范围或接收范围内的设备彼此直接通信，绕开控制器，控制器可以为传输而发信号。还有，从一个子网到下一个子网以这样的方式来处理数据流，即适应相邻子网的扰码，保持源设备所分配的扩展码。

图3表示示意的带3个子网的多中继段网络，没有控制器和分散的或直接的通信。在这个ad-hoc的网络中，被安排于两个相邻子网交集中的设备再次充当了转发设备。

图4表示示意的分散式网络，带有3个中继段/“子网”和分散的或直接的通讯。任何设备都可为其范围内的任何其它设备充当转发器。此外不同的扰码用于不同的中继段，但是对于多中继段连接的所有中继段，扩展码可以是相同的。

图5表示扩展码保持相同的转发过程的时序图。一个代码信道可包括M副载波和K扩展码。在本例中所使用的预留机制是RTS/CTS(请求发送/清除发送)序列。在第二子网中也可以被听到的CTS信号包括涉及所用扩展码的信息。当转发设备已接收到数据包时，使用第一个子网的扰码来解码，而使用相邻子网的扰码来编码。如在本例中所能看见的，所用的扩展码在相邻子网中是空闲的，并被用于该信号的进一步传输。在IEEE 802.11的信号RTS、CTS、DATA(数据)与ACK(确认)之间可以是个SIFS(短帧间信号)。第二个子网中的预留允许转发器在第二个子网中建立多中继段连接所需要的资源，并且同时能在第二子网中更好地组织资源分配。后者是由于以下事实：第二子网中其他的设备现在知道哪些代码信道被多中继段连接使用。通过转换扰码但保持扩展码不变，这种转发可被称之为代码域转发。

图6表示由于扩展码在相邻子网中已被占用或不太适用而被改变的转发过程的时序示意图。在相同的副载波组不能在第二子网中使用的情况下，中继功能能以有效的替换方法来实现。然后在RTS/CTS序列期间，必须分别协商出一个新的副载波组和一个新的代码信道。这种借助于转换扰码和分别改变副载波、代码信道的转发，可被称为代码和频域转发。一个选择新的副载波组的快速方法是应用一个二进制移位算子给所接收的位序列，这个位序列分别确定了副载波和代码信道。

Claims (15)

1.一种由多个设备构成的无线电网络，这些设备被分组为至少两个子网，其中子网包括至少单个设备并且相邻子网采用不同扰码，并且其中源设备具有一个传输范围和使用部分网络资源经由一个以上的无线电中继段发送源信号到目标设备，此处，目标设备不在所述源设备的传输范围内，并因此不能直接接收到源信号，和其中一个扩展频谱被用于分离并行传输，其特征在于：

—一个无线电网络的设备充当转发设备，因为该设备知道源设备子网和相邻子网的扰码，因此能在源设备子网和相邻子网中通信，和

—转发设备接收由源设备发送的源信号，知道它本身不是预期的接收器，将接收到的信号的扰码处理为相邻子网的扰码，并转发或中继被处理的信号到相邻子网。

2.权利要求1所述的无线电网络，其特征在于并行传输的扩展频谱选自于由FHSS、DSSS、MC-CDMA、PPM和UWB组成的组。

3.权利要求1或2所述的无线电网络，其特征在于转发设备：

—在相邻子网中预留那些被其用于接收源信号的资源，以便在同样的资源上传输被处理的信号，或

—在相邻子网中选择和预留有别于在源子网中所用的那些资源的其它资源。

4.权利要求3所述的无线电网络，其特征在于转发设备使用同源设备所用的相同数目的信道或代码信道。

5.以上任何权利要求所述的无线电网络，其特征在于参与的设备源、转发器和目标使用自适应介质访问控制协议(MAC)来为传输分配资源。

6.权利要求5所述的无线电网络，其特征在于自适应介质访问协议使用一个二进制序列，来为传输分配资源。

7.权利要求5或6所述的无线电网络，其特征在于参与的设备使用一个请求式机制(RTS/CTS)来协商和预留资源。

8.根据以上任何权利要求所述的无线电网络，其特征在于无线电网络选自于由WLAN、WPAN和UMTS组成的组。

9.根据以上任何权利要求所述的无线电网络，其特征在于所述设备选自于以下的组，该组包括蜂窝电话、个人电脑、膝上型电脑、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、诸如VCR及TV或摄像机的消费者电子设备、和诸如硬盘及打印机的外围设备、基站或接入点。

10.在无线电网络中转发信号的一种方法，所述无线电网络包括的设备被分组成至少两个子网，其中子网包括至少单个设备并且相邻子网采用不同扰码，其中源设备具有一个传输范围并使用部分网络资源经由一个以上的无线电中继段发送源信号到目标设备，此处，目标设备不在所述源设备的传输范围内并因此不能直接接收到源信号，并且其中任何形式的扩展频谱被用于分离并行传输，其特征在于以下步骤：

—通过使用其所属的子网的扰码，源设备在一个所选的代码信道或所选的多个代码信道上发送信号；

—转发设备位于源站子网和相邻子网的交集中，并由于它知道所用的两个扰码，因此能在两个子网中通信，这个转发设备接收源信号，察觉它本身不是预期的接收器，对该信号进行处理以使其适于相邻子网的扰码并转发或中继该被处理的信号到该相邻子网。

11.权利要求10所述的方法，其特征在于并行传输所用的扩展频谱选自于由FHSS、DSSS、MC-CDMA、PPM和UWB组成的组。

12.权利要求10所述的方法，其特征在于转发设备：

—在相邻子网中预留那些被其用于接收该源设备的源信号的代码信道，以便在同一代码信道上传输被处理的信号，或

—在相邻子网中选择和预留有别于第一子网那些代码信道的其它代码信道。

13.权利要求10到12中任何一个所述的方法，其特征在于在源设备、转发设备与目标设备之间的协商基于请求式(RTS/CTS)机制。

14.权利要求13所述的方法，其特征在于转发设备的清除发送(CTS)无线电信号在第二个子网中是听得见的，并包括涉及那些可能被用于该传输的代码信道的信息，而第二个子网中首先听到清除发送(CTS)信号的那些设备将在CTS信号预留的那些代码信道上传输。

15.一种在第一个子网和相邻子网交集中的设备，所述设备能转发或中继一个信号到相邻子网，所述信号的源在第一个子网中，然而在两个子网中使用不同的扰码，其特征在于该设备包括：

—用于接收无线电源信号的装置；

—用于对接收到的无线电信号进行解码以便恢复数据频谱的装置，所述无线电信号被扩展码分离；

—为了获得宽的带宽，借助于扩展码来对数据频谱进行编码的装置；

—根据所用的扰码来处理所接收信号的装置，和

—用于发送被处理的信号的装置。

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